高杰，陈洪楷，覃华山，李百宇
珠海格力电器股份有限公司 广东省珠海市 519070
摘要：本文提出了一种采用有源箝位电路实现反激变换器软开关的工作方法。反激变换器在CCM模式下以200kHz频率工作，提供了四路输出电压（包含正电压和负电压），利用有源箝位电路回收变压器漏感能量，提高了工作效率，实现了MOS管的零电压切换，降低了电源的电磁干扰影响。
关键词：反激式；开关电源；有源箝位
中图分类号：TN86
引言：本文介绍了一种利用有源箝位电路实现70W反激式变换器的分析、设计和实现。有源箝位电路通过辅助开关、箝位电容、励磁电感和漏感，将漏感中存储的浪涌能量回收利用，提高了电源的工作效率，减小了MOS管的电压应力。
1.反激式开关电源的原理
反激变换器是低输出功率中常用的开关电源电路。与其他拓扑相比，反激式开关电源具有结构简单、元件少、体积小、成本低等优点，相比正激式开关电源少了一个大的储能滤波电感和续流二极管，被广泛应用于100W以下的应用场合，特别是多路输出场合，每路输出只需要一个二极管和电容，输出电容器直接连接到变压器的二次侧，并在MOS管关断期间充当电压源。因此，设计一个反激变换器以获得高性能、小型化的多路输出电源是非常必要的。随着开关电源功率需求提升，反激式开关电源体积增大，不利于电源的设计和运用。通过提升开关电源工作频率可减小开关电源体积，但由于反激式开关电源变压器漏感能量损耗、MOS管的硬开关导通损耗以及次级RC的能量损耗等原因使效率无法提升，器件温度过高导致频率无法提升，限制了反激式开关电源高功率应用的场合，且硬开关引起的电磁干扰问题也成为反激式开关电源的一大难题。为了克服这些缺点，降低能耗，本文设计了多路输出有源箝位反激变换器的电源拓扑结构。有源箝位电路是减小电源损耗的有效手段，它提供了回收变压器漏感能量的好处。此外，有源箝位电路提供了一种实现电源零电压开关（ZVS）和降低输出整流器di/dt的方法，这将降低开关管和整流器的开关损耗与开关噪声。[1]
2.有源箝位反激式开关电源的设计
2.1设计要素
励磁电感用Lm表示，主开关Smain结电容和辅助开关Saux结电容分别用Cr与Cq表示。辅助开关Saux和箝位电容Cclamp代表有源箝位电路，循环吸收漏感引起的浪涌能量，降低主开关Smain的电压应力。通过结电容Cr、Cq、箝位电容Cclamp、励磁电感Lm及漏感Lr（包括变压器漏感与寄生电感）实现主开关Smain的零电压开关操作。在进行系统分析之前，我们做了如下假设：（1）漏感小于励磁电感（Lr<Lm）；（2）变换器工作在连续导通模式下；（3）为了实现Smain零电压开关操作，励磁电感储能大于谐振电容中存储的能量。[2]
2.2电路原理
在间隔（T1-T2）期间：Smain在T1处关闭。励磁电流为主开关Smain的结电容Cr充电，为辅助开关管Saux的结电容Cq及次级二极管结电容CS放电，充电时间非常短，导致近似线性充电，Smain结电压上升至高电压，电流下降为0。在间隔（T2-T3）期间：在T2处，励磁电流通过Saux的寄生二极管为箝位电容Cclamp充电，为辅助开关管ZVS导通做好准备。箝位电容器固定漏感Lr和变压器励磁电感Lm之间的电压，励磁电感电压Vpri随着Vclamp的增加而减小。为了实现Saux零电压开关，需保证Saux在箝位电容电流Iclamp反向之前导通。在间隔（T3-T4）期间：在T3处，辅助开关管ZVS开通，输出二极管导通，励磁电感能量释放到次级，变压器初级电压被输出电容钳制到NVo，反射电压开始为励磁电流去磁，所以励磁电流减小，同时箝位电容和漏感谐振，接着箝位电容电流Iclamp反向，励磁能量与漏感能量一起传递到输出，次级电流提高。在时间间隔（T4-T5）期间：在T4处，次级电流为0，二极管实现ZCS关断，输出电压不再为励磁电流去磁。Saux继续导通，箝位电容继续给Lm去磁，在Saux关断前，励磁电流保持反向。有源箝位电路拓扑图如图1所示，时序图如图2所示。
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图2 有源箝位电路时序图
在间隔（T5-T6）期间：辅助开关管在T5处关闭，实现零电压关断。负向励磁电流开始为主开关的结电容Cr放电，同时为辅助开关结电容Cq充电。在T6时Cr将充分放电，以允许Smain的体二极管开始导电，主开关管结点电压从高电平降为0。主开关管ZVS开通，变压器励磁电感线性充电，励磁电流线性上升，开始另一个开关周期，为负载提供稳定输出。[3]当主开关接通时，变压器一次侧电压等于Vin。如果主开关关闭，在电源开关打开之前，漏极到源极的电压已经降为零。[4]
结束语：本文分析了70W有源箝位反激变换器的工作原理，设计并测试了开关电源电路，得到了所需的输出电压。变压器漏感中储存的能量被回收利用，提升了工作效率，实现了零电压开关，降低了开关管的电压应力，这一优点可使反激式开关电源减小体积，实现高功率输出，降低电磁干扰影响。
参考文献：
[1]赵翔,方方,马柯帆, 等.基于TOP261YN芯片的多路输出单端反激式开关电源的设计[J].核电子学与探测技
术,2010,30(11):1529-1532.DOI:10.3969/j.issn.0258-0934.2010.11.029.
[2]赵翔,方方,马柯帆, 等.基于TOPSwith—HX芯片的多路输出单端反激式开关电源的设计[C].//四川省电子学会.全国信息与电子工程第四届学术年会暨四川省电子学会曙光分会第十五届学术年会论文集.2010:466-470.
[3]高佳,倪怀洲,王旭光, 等.基于TO P227 Y的多输出单端反激式开关电源设计[J].电气自动化,2016,38(5):38-41. DOI:10.3969/j.issn.1000-3886.2016.05.013.
[4]朱晓曲.基于UC3842的多端反激式开关电源的设计与实现[D].湖南:湖南大学,2013. DOI:10.7666/d.Y2358049.